Classe VB SU
Compito del 22/11/2014 – correzione dei quesiti
1) Spiega il funzionamento dell’elettròforo di Volta.
E’ una macchina elettrostatica capace di accumulare cariche elettriche per induzione. E’
costituito da un piatto metallico collegato ad un manico isolante e poggiato su un supporto
isolante. Per farla funzionare si devono seguire i seguenti passi:
a) Si elettrizza il supporto isolante per strofinio. Supponiamo che la carica del supporto sia
positiva.
b) Si appoggia il piatto metallico sul supporto. Per induzione, la carica si ridistribuisce
all’interno del piatto, le cariche positive si allontanano dal supporto.
c) Toccando la faccia superiore del piatto con un dito, le cariche di questa faccia si
scaricano a terra lasciando il piatto carico negativamente.
Il supporto resta carico e può essere riusato.
2) In una regione di spazio sono presenti solo due cariche dello stesso segno, Q1 e
Q2. Spiega quale deve essere il valore del campo elettrico nel punto medio del
segmento che unisce le due cariche
In questo punto il campo elettrico è nullo dato che si ottiene dalla somma vettoriale dei
campi uguali in modulo e opposti generati dalle due cariche. Il campo elettrico generato da
ciascuna delle due cariche, infatti, non è influenzato dalla presenza dell’altra e nel punto
medio del segmento che unisce le due cariche ha modulo E= k0Q1/r2= k0Q2/r2, la sua
direzione è quella della congiungente le due cariche e il verso è per entrambe entrante se le
cariche sono positive o uscente se le cariche sono negative.
3) Spiega quale rappresentazione grafica è adatta a rappresentare le superfici
equipotenziali di campi elettrici generati da una carica puntiforme e perché.
Le superfici equipotenziali sono costituite dai punti in cui il potenziale elettrico assume lo
stesso valore. Nel caso del campo elettrico generato da cariche puntiformi Q+ e Q-, il
potenziale dipende, oltre che dalla carica, dalla distanza del punto dalla carica, quindi le
superfici equipotenziali sono sfere centrate in Q+ e Q-.
4) Elenca e descrivi i tre modi per elettrizzare i corpi.
Strofinio: si ottiene strofinando tra loro due corpi, conduttori o isolanti, i primi, però,
devono essere impugnati con un manico isolante; con lo strofinio c’è passaggio di cariche
tra i due corpi.
Contatto: si realizza toccando un corpo elettricamente neutro con uno carico. Avviene
efficacemente tra conduttori; con il contatto c’è passaggio di cariche tra i due corpi.
Induzione: si realizza avvicinando un corpo carico ad un conduttore neutro sostenuto da
un sostegno isolante. Le cariche di segno opposto a quelle contenute nel corpo carico
saranno attratte verso il corpo induttore, si ha dunque una ridistribuzione della carica
elettrica. Se si “mette a terra” il lato lontano dall’induttore , allontanando l’induttore stesso,
la carica rimasta si distribuisce sull’intera superficie del corpo.
5) Un elettrone si sposta spontaneamente da A a B. Che cosa possiamo affermare sulla
differenza di potenziale e sul segno del lavoro della forza elettrica?
Classe VB SU
VB>VA e il lavoro della forza elettrica è positivo. Quando, infatti, le cariche si muovono per
effetto delle forze del campo elettrico, si allontanano da cariche dello stesso segno e si
avvicinano a cariche di segno opposto, forza e spostamento hanno lo stesso verso, quindi il
lavoro è positivo. E’ positivo, pertanto, anche il prodotto q(VA - VB)=LA→B; ne segue che se a
spostarsi è un elettrone, che ha carica negativa, anche (VA - VB)<0, quindi VB>VA .
6) Che cos’è l’energia potenziale elettrica?
L’energia potenziale elettrica in un punto P è il lavoro compiuto dalle forze del campo
elettrico per portare una carica di prova dal punto P all’infinto. La forza elettrostatica è una
forza conservativa, cioè il lavoro è indipendente dalla traiettoria seguita per spostare una
carica di prova tra due punti A e B del campo; allora si può definire una funzione U della
posizione per cui LA→B = U(A)-U(B)= -ΔU. Se il campo è generato da una carica Q, il lavoro
per spostare una carica di prova q da un punto A a distanza rA da Q ad un punto B a
Qq 1 1
1 Qq
1 Qq
. Se il punto B si
4 rA rB 4 rA 4 rB
1 Qq
U ( A) , da qui la
trova molto lontano da Q , cioè rB→∞, allora di ha L A B
4 rA
distanza rB da Q è dato da: L AB
definizione data all’inizio.
7) Spiega la differenza a livello microscopico tra conduttori e isolanti.
Nei conduttori metallici alcuni elettroni di ciascun atomo sono “liberi”, cioè non sono legati
ad un particolare atomo ma al metallo nel suo insieme. Questi elettroni errano attraverso
l’intero volume del metallo. Quando si colloca una certa carica elettrica su un estremo di un
conduttore, essa si distribuisce immediatamente sull’intero conduttore. Un isolante
elettrico, invece, non permette il moto della carica elettrica e quindi quando si colloca una
carica elettrica su un estremo di un isolante, essa rimane dove è stata collocata.
0 ,0 0 E + 0 0
1 ,0 0 E -1 0
-5 ,0 0 E -1 9
4 ,0 0 E -1 0
7 ,0 0 E -1 0
-1 ,0 0 E -1 8
p o t e n z ia le
E n e r g ia p o te n z ia le e le ttr ic a
E n e r g ia
E n e g ia
p o t e n z ia le
( J )
( J )
8) Spiega da che cosa dipende il segno dell’energia potenziale elettrica
Il segno dell’energia potenziale elettrica dipende dal segno delle cariche. Se il campo
elettrico è generato da una carica Q, la carica di prova q è positiva e Q è negativa, l’energia
potenziale è negativa e aumenta all’aumentare della distanza tra le cariche tendendo a zero
(figura 1); quando invece Q è positiva, e cioè su q agisce una forza repulsiva che tende ad
allontanarla, allora l’energia potenziale è positiva e decresce all’aumentare della distanza
sempre tendendo a zero (figura 2).
-1 ,5 0 E -1 8
-2 ,0 0 E -1 8
-2 ,5 0 E -1 8
D is ta n z a , R (m )
E n e r g ia p o te n z ia le e le ttr ic a
2 ,5 0 E -1 8
2 ,0 0 E -1 8
1 ,5 0 E -1 8
1 ,0 0 E -1 8
5 ,0 0 E -1 9
0 ,0 0 E + 0 0
1 ,0 0 E -1 0
4 ,0 0 E -1 0
7 ,0 0 E -1 0
D is ta n z a , R (m )
Classe VB SU
9) Spiega il funzionamento di un elettroscopio.
L’elettroscopio è costituito da un’asta conduttrice che termina con due sottilissime foglie
metalliche, all’altra estremità dell’asta è posto un pomello. L’asta è inserita in un recipiente
di vetro attraverso un tappo di materiale isolante. Quando si tocca il pomello con un corpo
carico, la carica si distribuisce fino alle foglioline che avendo acquistato cariche dello stesso
segno si respingono e divergono formando un angolo tanto maggiore quanto maggiore è
l’elettrizzazione trasferita al pomello. Toccando il pomello con un dito l’elettroscopio si
scarica.
10) Spiega che cosa sono le linee del campo elettrico e di quali proprietà godono.
Le linee del campo elettrico rappresentano graficamente il c.e. Queste linee sono disegnate
in modo tale che, in ogni dato punto, la tangente alla linea abbia la direzione e il verso del
campo elettrico. Inoltre, la densità delle linee è direttamente proporzionale al modulo di E;
cioè dove le linee si addensano E è grande. Sulle linee si disegnano delle frecce che
indicano il verso di E. Inoltre le linee hanno origine su una carica puntiforme positiva e
terminano su una carica puntiforme negativa, oppure continuano indefinitamente fino
all’infinito.
11) Descrivi il moto spontaneo delle cariche in un campo elettrico.
Una carica elettrica positiva, sotto l’azione delle forze del campo elettrico, tenderà a
muoversi spontaneamente da punti a potenziale maggiore a punti a potenziale minore;
l’opposto avviene per una carica negativa. Il lavoro fatto dalla forza elettrica su una carica
di prova q è, infatti, LA→B =q(VA - VB); quando le cariche si muovono per effetto delle forze
del campo elettrico, si allontanano da cariche dello stesso segno e si avvicinano a cariche di
segno opposto, forza e spostamento hanno lo stesso verso, quindi il lavoro è positivo. E’
positivo, pertanto, anche il prodotto q(VA - VB); ne segue che se a spostarsi è una carica
negativa anche (VA - VB)<0, quindi VB>VA , viceversa se a spostarsi è una carica positiva
anche (VA - VB)>0, quindi VB<VA.
12) Illustra qualche differenza tra potenziale elettrico, campo elettrico ed energia potenziale
elettrica.
Una prima differenza sostanziale è che il potenziale elettrico e l’energia potenziale elettrica
sono degli scalari, il campo elettrico, invece, è un vettore. L’energia potenziale è una grandezza
che dipende sia dalla carica di prova che dalle cariche che generano il campo, invece, il potenziale
elettrico e il campo elettrico sono indipendenti dalla carica di prova cioè esprimono gli effetti
nello spazio dovuti alla presenza di cariche elettriche indipendentemente da ciò con cui si
misurano questi effetti.
